Kursovik.doc


Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ
1.1 Введение
Не секрет, что порою мы забываем выключать свет, скажем, в ванной комнате либо в подсобном помещении, и он горит бесполезно часами. В целях экономии электроэнергии желательно оборудовать помещение автоматическим выключателем, защищающим его от нашей беспечности. Тогда при входе в помещение свет будет зажигаться, а при выходе – гаснуть. Конструктивно упрощенный индикатор напряжения будет выполняться на односторонней печатной плате с размерами (50х50)мм. Надёжность устройства должна быть не менее 9000 часов.
По окончанию проекта будет выпущена следующая конструкторская документация:
Ведомость технического проекта (ТП)
Пояснительная записка (ПЗ)
Схема электрическая принципиальная (Э3)
Перечень элементов (ПЭ3)
Сборочный чертёж (СБ)
Спецификация
Рабочий чертёж платы
Современные технологии разработки и создания радиоэлектронных устройств и схем используют специальные программные средства позволяющие разрабатывать микросхемы,радиочастотные устройства и принципиальные схемы электрических устройств.Интегрированная САПР KiCad –автоматизированная система для построения электрических цепей и разводки печатных плат.Система KiCad предназначена для проектирования различных типов печатных плат электронных устройств.
KiCad Включает в себя следующие компоненты или пакеты:
Eeschema
Cvpcb
Pcbnew
EeSchema - это программа, выполняет все функции рисования, управления,компоновки,обслуживания библиотек создаваемых в KiCad,обеспечивает доступ к разработке монтажной платы,а так же создание однолистовых и иерархических схем.Главным образом Eechematic Editor служит для Создание элементнойбазы для
схем электрических принципиальных в САПР KiСad.
PCBNEW - это программа для создания печатных плат, физических корпусов для печатной платы в САПР KiСad ,работающая с различными операционными системами,например Linux, windows, MasOS. Она используется совместно с программой разработки схем EeSchema(Eechematic Editor ), в которой создается Netlist файл - содержащий электрические соединения РСВ для дальнейшей разработки ПП.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
CVPCB - используется для связания каждого компонента из Netlist файла, полученном в EeSchema, с модулем ,который создается и используется в PCBNEW редакторе.
1.2. Условия эксплуатации
Все устройства классифицируются в зависимости от объекта размещения. Объект размещения – это поверхность или объём, на которой или в котором размещается устройство.
По объектам размещения аппаратура делится на 3 группы:
бортовая
морская
наземная
Бортовая в свою очередь делится на ракетную, самолётную и космическую. Эти устройства применяются на воздухе и в космосе.
Морская делится на корабельную и буйковую и применяется в воде и на море. Наземная - на стационарную, возимую (т≤2/3 транспортного средства), переносную (т≤25 кг), носимую (или портативную) (т≤3кг) и используются эти приборы на суше.
Условия эксплуатации также зависят от внешних воздействующих факторов, которые оказывают негативное воздействие на аппаратуру.
По ГОСТ16019-01 «Автомат управления освещением » относится к группе С2- стационарные, работающие на открытом воздухе или в неотапливаемых наземных и подземных сооружениях.
На разрабатываемую мной конструкцию влияют механические и климатические внешние воздействующие факторы, которые выбираю по ГОСТ16019-01.
Климатические факторы:
предельная пониженная температура -40 0С
предельная повышенная температура +55 0С
пониженное атмосферное давление 55кПа
относительная влажность 93%
Механические факторы:
синусоидальная вибрация диапазон частот 10-70Гц
механические удары число ударов при транспортировке 14000
Все перечисленные параметры оказывают воздействие на проектируе мый узел и ухудшают его работоспособность.
Для уменьшения воздействия этих факторов необходимо: правильно определить к какой группе относится данный узел и учесть это при выборе элементов.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
2 РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЯ

2.1.Принцип работы изделия
При подключении автомата к сети на выходе счетного триггера, выполненного на элементах DD 1.1, DD1.2, появляется низкий логический уровень, а на выходе инвертора DD1.3 – высокий. Благодаря интегрирующей цепочке R3C4 этот уровень передается на вход инвертора DD1.4 только прмерно через семь секунд. Всё это время оказывается включенным реле K1, которое своими контактами K1.1 подает напряжение на лампу EL1, и она горит. Как только на входах инвертора появляется высокий уровень, осветительная лампа гаснет. Автомат готов к работе.
Датчиком автомата является геркон (герметизированный контакт) SF1 с замыкающими контактами, установленный на верхней части дверной коробки вертикально. Напротив геркона должен находиться постоянный магнит, а между ними входить стальной уголок, закрепленный на двери. Пока дверь закрыта, контакты геркона разомкнуты, автомат – в дежурном режиме.
Как только дверь открывают и входят в помещение, уголок отходит в сторону, контакты геркона замыкаются. Срабатывает счетный триггер, на его выходе появляется высокий уровень, который инвертируется элементом DD1.3. на выходе этого элемента появляется низкий уровень, благодаря чему заряженный ранее конденсатор С4 быстро разряжается через диод VD1 и выходные цепи элемента DD1.3. в итоге на входе инвертора DD1.4 – низкий уровень, а на выходе – высокий. Открывается транзистор VT1, срабатывает реле, вспыхивает осветительная лампа.
При закрывании двери стальной уголок перекрывает магнитный поток, контакты геркона размыкаются, но состояние триггера не изменяется.
Когда дверь снова открывают и выходят из помещения, замыкающиеся контакты геркона изменяют состояние триггера на противоположное. В итоге транзистор закрывается, реле отпускает, свет гаснет.
2.2. Обоснование выбора элементной базы
При выборе элементной базы для проектируемого упрощенного индикатора напряжения использую справочники. Выбирая элементы, я учитывал электрические параметры, а так же выпуск и применение данного элемента.
Сам выбор элементной базы произвожу на основе сравнения 3-4 типов элементов соответствующих следующим параметрам:
Номиналу основного параметра элемента
Номинальной мощности или напряжению
Допуск по ТКС
Интервалу рабочих температур
Габаритным размерам
Затем сравниваю характеристики выбранных типов элементов для окончательного установления типа элемента, который будет применяться в разрабаты
ваемом приборе.
Так же при выборе элементной базы следует учитывать условия работы устройства, т.е. значение климатических факторов.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001ПЗ
2.2.1 Выбор резисторов
Таблица 1 – Характеристики резисторов постоянных
Тип ЭРЭ Номинальная
мощность Размеры,
мм. Допуск,% Диапазон рабочих ТемпературС Масса ЭРЭ,г Рабочее
напряжение,В ТКС,
± 10 -6
1/ С
D L d С2-10 0,125 2,0 6,0 6 ±0,5 ;±1; ±2 -60…+125 0,15 400 ±600
С1-4 0,125 2,2 0,6 0.6 ±1; ±2; ±5; ±10 -60..+155 0,18 250 -250
С2-34 0,125 2,2 6,0 0.6 ±0,1; ±0,25; ±0,5 ;±1 -60…+125 0,15 250 ±600
Вывод: Сравнивая данные таблицы 1,выбираю постоянные резисторы типа С2–10 так как они соответствуют требованиям по мощности, сопротивлению, температуре окружающей среды и ТКС предъявляемым к резисторам разрабатываемого устройства.
2.2.2 Выбор конденсаторов
Таблица 2 – Характеристики полярных конденсаторов
Тип
конденсa
тора Рабочее напряжение, В. Допуск,
% Диапазон рабочих
Температур, 0С Ёмкость,
мкФ Размеры Масса,
г.
D L d К50-16 16 Н50 -60…+85 470 4 К50-15 16 Н50 -20…+70 470 7,5 К50-20 16 Н50 -60…+85 470 9,7 Вывод: сравнивая данные таблицы 2,выбираю полярные конденсаторы К50-16, так как они соответствуют требованиям по номинальному напряжению и размерам.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001ПЗ
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001ПЗ
2.2.3 Выбор конденсаторов
Таблица 3 – Характеристики неполярных конденсаторов
Тип
конденсa
тора Рабочее напряжение, В. Допуск,
% Диапазон рабочих
Температур, 0С Ёмкость,
мкФ Размеры Масса,
г.
D L d КM5a-H90 50 Н70 0,1 1,0
KM6-H30 25 Н70 0,1 1,,5
КM6-H90 35 Н70 0,1 1,5
Вывод: сравнивая данные таблицы 3 выбираю конденсаторы К73-17 т.к они подходят по номинальному напряжению, температуре окружающей среды и размерам.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001ПЗ
2.2.4. Выбор стабилитронов
Таблица 4 – Характеристики стабилитронов
Тип ЭРЭ Uст. ном. В Δ Uст. В Iст. ном. мА Δ Iст.мА Pmax. мВт Uст,% Масса г Tk. max C

Вывод: Сравнивая данные таблицы 4 выбираю стабилитрон типа Д814Б так как только он подходит по напряжению, мощности и току.
2.2.5. Выбор диодов
Таблица 5 - Характеристика диода
Тип диода Iпр. ср. max Iобр. Iпр. Uобр. max Масса,г Uпр. Tmаx. C0
КД522А 100mА 30 В 0,15 Вывод: В статье Журнала «Радио» №11, 1990 "Автомат управления освещением" автор предлагает выбрать диоды КД522А, выбираю их так как они наиболее предпочтительны для моей схемы.КД522А широко используется по сей день и цена приемлемая.
2.2.6. Выбор транзисторов
Таблица 6 - Характеристика транзистора КТ361А
Тип транзистора Iк, max Uкбо,max Uэбо, max Uкэо, max Масса,г Рк, max h21э
КТ608А 400мА 60В 60В 2.0 500мВт 20
Вывод: В статье Журнала «Радио» №11, 1990 "Автомат управления освещением" автор предложил выбрать транзистор КТ608А .
2.2.7 Выбор микросхемы
Таблица 7- Параметры микросхемы К1401УД2
№ Микросхемы Тип микросхемы Обознач.корпуса Uпит. Iпотр. Uвых. Масса,
г.
DD1 К561ЛА7 201.14-10 Вывод: Ds,bhf. микросхему – К561ЛА7. Тип данной микросхемы довольно распространён по сей день и пользуется популярностью у радиолюбителей.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001ПЗ
2.3. Выбор способа монтажа и установки ЭРЭ
При установке навесных элементов на печатную плату необходимо выбирать стандартные варианты установки по ОСТ4 .010.030-81 «Установка элементов на печатные платы».Стандартные варианты установки необходимы для обеспечения технологичности изделия, за счёт механизации и автоматизации процессов подготовки и установки этих элементов.
При выборе стандартного варианта установки элементов на печатную плату необходимо руководствоваться следующими критериями:
Тип печатной платы (односторонняя)
Условия эксплуатации (наличие механических ВВФ)
Возможность автоматизации установки ЭРЭ
Размеры печатной платы (50х50)мм
Естественная конвекция для нагреваемых элементов
Шаг координатной сетки определяю исходя из вида корпуса микросхемы, которая представлена в схеме. В данном случае выбираю шаг сетки равный 2,5мм. Данный шаг применяется для всех элементов.
2.3.1. Установка резисторов С2-10

Рисунок 1- Вариант установки Ia резистора С2-10
Данный вариант установки резистора С2-10 обеспечивает надежное крепление элементов к печатной плате и дает возможность устанавливать на автомате, без специальной формовки выводов.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001ПЗ
2.3.2 Установка конденсатора КМ5а-16

.
Упрощенное изображение

Рисунок 2 - Вариант установки Ia конденсатора КМ5а-16
Данный вариант установки конденсатора занимает наименьшую установочную площадь на плате. Подходит по всем требованиям.
2.3.3 Установка конденсатора К50-16



Рисунок 3 - Вариант установки IIв конденсатора К50-16
Данный вариант установки конденсатора занимает наименьшую установочную площадь на плате,осуществляется естественная конвекция.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001ПЗ
2.3.4 Установка стабилитрона Д814Б
23241053975
Упрощенное изображение

Рисунок 4 – Вариант установки Ia стабилитрона Д814Б
Данный вариант установки обеспечивает автоматизацию производства и надёжное крепление к плате.
2.3.5 Установка диода КД522А


Упрощенное изображение:

Рисунок 5 – Вариант установки Ia диода КД522А
Данный вариант установки диода КД102А обеспечивает автоматизацию производства и надежное крепление к плате.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001ПЗ
2.3.6 Установка транзистора КТ608А
Упрощенное изображение

Рисунок 6 –ВариантустановкиV5транзистораКТ608А Данный вариант установки занимает наименьшую установочную площадь, способствует естественной конвекции и благодаря прокладке надёжно крепится к плате.
2.3.9 Установка микросхемы К561ЛА7

Упрощенное изображение

Рисунок 7 - Выбор способа монтажа микросхемы К561ЛА7
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001ПЗ
Данный вариант установки микросхемы обусловлен типом корпуса.
2.4. Компоновочный расчет печатного узла
Цель компоновочного расчета получение необходимых сведений о плате на начальных этапах проектирования.
Согласно ТЗ тип печатной платы односторонняя печатная плата (ОПП) без покрытия. Такая плата характеризуется следующими признаками:
- возможность обеспечить повышенные требования к точности проводящего рисунка
- отсутствие дополнительных элементов
- расположение ЭРЭ на стороне печатной платы противоположной стороне пайки
- возможность автоматизации всех операций
- низкая себестоимость
- высокая ремонтопригодность.
Группа жесткости определяет способностью печатной платы выдерживать влияние климатических факторов. По ГОСТ23752-79 я выбираю 2 группу жесткости, которая характеризуется следующими климатическими условиями:
- температура окружающего воздуха -40...+55 0С
- относительная влажность воздуха 93%
- атмосферное давление 55 кПа
Параметры окружающей среды для группы C2 по ГОСТ16019-01 подходят под параметры, указанные выше, следовательно, печатная плата при данной группе жесткости должна оставаться работоспособной.
Класс точности определяется по коэффициенту заполнения (плотности монтажа), а так же по составу элементной базы. Так как в схеме присутствует микросхема, то класс точности будет 3. Коэффициент заполнения показывает, какая площадь занята элементами и определяется по формуле:
Кз = ΣSi уст /Sп.п , (1)
где ΣSi уст - сумма установочных площадей всех
элементов, размещающихся на плате
Sп.п - площадь печатной платы
Считаю установочные площади для каждого элемента, размеры смотрю на рисунках 1-7. Для удобства расчета площади составляю таблицу.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001ПЗ
Таблица 8
Размеры
Тип ЭРЭ Ni l, мм D,мм В,мм Sуст , мм2 Sуст•Ni, мм2
Резисторы
С2-10 5 10 2 - 20 320
Конденсатор
К50-16 3 15 15 - 225 675
Конденсаторы
КМ5а 2 11 - 3 33 66
Стабилитрон
Д814Б 1 15 7 - 105 105
Диод
КД522А 2 3.8 1.9 - 7.22 14.44
Микросхема
К1401УД2 1 8 - 20 160 160
Транзистор
КТ316А 1 11.7 9 - 105.3 105.3
Установочные площади элементов определяю исходя из значений таблицы 8 и площади занимаемой поверхности.
Определяю общую установочную площадь элементов:
Σ Si уст = 320+675+66+105+14.44+160+105.3=1445,74мм2
Определяю площадь печатной платы:
Sп.п. = Σ Si уст / Кз, (2)
Габариты ПП заданы (50х50)мм по Техническому заданию.
Sп.п =50х50 =2500 мм2
Рассчитываю коэффициент заполнения:
Кз= 1445,742500=0,578По коэффициенту заполнения печатные платы классифицируют:
- 1 и 2 классы точности
Кз = 0,3…0,5
- 3 класс точности
Кз = 0,5…0,6
- 4 и 5 классы точности
Кз = 0,6…0,8

По составу элементной базы печатные платы классифицируются:
- 1 и 2 классы точности - используются для плат с дискретными электрорадиоэлементами при малой и средней плотностью монтажа
- 3 класс точности - применяется для плат с дискретными элементами, с микросхемами и микросборками со штыревыми и планарными выводами при средней и высокой плотности монтажа
- 4 и 5 классы точности - используются для печатных плат с микросхемами, микросборками и элементами при высокой очень высокой плотности монтажа.
Кз=0,578 относится к третьему классу точности, выбираю 3 класс точности, т.к. в схеме присутствует микросхема.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
2.5. Расчет конструктивных элементов печатной платы.
Целью данного расчета является определение размеров конструктивных элементов печатной платы. К ним относятся диаметры монтажных отверстий, переходных отверстий контактных площадок, ширина проводника и расстояние между ними, узкие места, зазоры и так далее. Конструктивные элементы образуют проводящий рисунок и форму платы как детали.
Сведения о конструктивных элементах печатной платы заносятся в рабочий чертеж по которому она будет выполняться на производственном участке.
2.5.1. Исходные данные:
Класс точности платы – 3
Группа жесткости печатной платы – 2
Тип платы – односторонняя печатная плата без покрытия
Размеры платы – 50х50
Число проводников в узком месте – нет
14208573216
Рисунок 6 – Фрагмент топологии проводящего рисунка печатной
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
2.5.2. Порядок расчета
1)Определяю диаметр монтажных отверстий
d = dэ + r + І ∆dн.о І (4)
где dэ – наибольший диаметр вывода элемента
r - величина зазора между диаметром вывода элемента и отверстием, выбирается из интервала от 0,1…0,4 мм
∆dн.о- нижнее предельное отклонение диаметра монтажного отверстия, выбирается из таблицы 2 по ГОСТ 23751-86
Диаметры выводов элементов:
dэ =1,1 мм
r =0,2 мм
∆dн.о = ±0,10 мм
d1 = 1,1+ 0,2 + І +0,1 І = 1,4 мм
По ГОСТ 10317-79 проверяю наличие значения d1 в ряду типоразмеров. Данный диаметр является стандартным, поэтому выбираю d=1,4 мм.
Выполняю проверку использования расчетного значения d для установки выводов наименьшего диаметра:
r = d1 – dэ2 - I∆dн.оI
r = 1,4-0,9-0,1=0,4мм
Следовательно отверстие диаметром 1,4 можно использовать для установки выводов равных 1,1 и 0,9
dэ =0,8 мм
r =0,2 мм
∆dн.о = ±0,05 мм
d2 = 0,8+ 0,2 + І +0,05 І = 1,05 мм
По ГОСТ 10317-79 проверяю наличие значения d2 в ряду типоразмеров. Данный диаметр не является стандартным, поэтому выбираю d2=1,1 мм.
Выполняю проверку использования расчетного значения d для установки выводов наименьшего диаметра:
r = 1,1-0,7-0,05=0,35мм,
Следовательно отверстие диаметром 1,1 можно использовать для установки выводов равных 0,8 и 0,7.
dэ =0,6 мм
r =0,2 мм
∆dн.о = ±0,05 мм
d3 = 0,6+ 0,2 + І +0,05 І = 0,85 мм
По ГОСТ 10317-79 проверяю наличие значения d3 в ряду типоразмеров. Данный диаметр не является стандартным, поэтому выбираю d3=0,9 мм.
Выполняю проверку использования расчетного значения d для установки выводов наименьшего диаметра:
r = 0,9-0,5-0,05=0,35мм
Следовательно отверстие диаметром 0,9 можно использовать для установки выводов равных 0,6 и 0,5.
2)Определяю минимальную ширину проводника:
t = tм.д + І ∆tн.о І , (5)
где tм.д - минимально допустимая ширина проводника, значение которой выбирается по классу точности печатной платы из таблицы 1 ГОСТ 23751-86
∆tн.о - нижнее предельное отклонение ширины проводника, выбирается по таблице 3
ГОСТ 23751-86
t = 0,25 + І -0,01 І = 0,35 мм
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
3)Определяю минимальное расстояние между проводящими элементами:
S = Sм.д + ∆tв.о (6)
где Sм.д - минимально допустимое расстояние
между элементами проводящего рисунка,
выбирается по классу точности платы из таблицы1 ГОСТ 23751-86
∆tв.о - верхнее предельное отклонение ширины
проводника из таблицы 3 ГОСТ 23751-86
S = 0,25 + 0,1 = 0,35 мм
4)Определяю диаметр контактных площадок:
D=d+∆dв.о +2b+∆tв.о+√δd 2+δp 2+∆t2в.о , (7)
где ∆dв.о - верхнее предельное отклонение
диаметра монтажного отверстия, выбирается по
таблице 2 ГОСТ 23751-86

b - ширина пояска контактной площадки,
выбирается по классу точности платы из
таблицы 1 ГОСТ 23751-86
δd, δp - позиционный допуск расположения
монтажных отверстий и контактных площадок
относительно их номинального положения,
выбирается по классу точности печатной платы
из таблиц 4, 5 ГОСТ 23751-86.
D1=1,4+0,1+0,2+0,1+0,082+0,152+0,12=2 мм
D2=1,1+0,1+0,2+0,1+0,082+0,152+0,12=1,7 мм
D3=0,9+0,1+0,2+0,1+0,082+0,152+0,12=1,5 мм
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
5)Определяю номинально допустимое расстояние между центрами монтажных отверстий для прокладки n проводников.
L=(D1+D2/2)+tn+n(S+1)+Si (8)
T.к. в топологии проводящего рисунка нет узких мест, то L не определяю .
6) Определение минимально допустимого зазора между краем платы и проводником.
Q=Hпп * I, (9)

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
где Нпп- толщина платы.
I- допуск на размер той стороны платы вдоль которой близко к краю расположен проводник и зависит от квалитета, назначенного на габаритные размеры платы
Толщину ПП выбираю по двум критериям:
а) По длине
б) По наличию механических внешних воздействующих факторов.
Таблица 9 - Параметры печатных плат
Нп.п (мм) 0,8 1 1,5 2,0 2,5 3
Длина ПП (мм) До 80 До 100 До 150 До 200 До 250 До 300
Так, как толщина платы зависит от её длины и наличия, механических воздействующих факторов , то толщина платы в соответствие с её длиной равна 0,8 (мм), но так как у нас задана группа В3, то есть возимые, установленные в автомобилях, работающие на ходу устройства, следовательно выбираю толщину палаты 1,5(мм).
Предельное отклонение на несопрягаемые размеры контура печатной платы не должны быть более 14-го квалитета по ГОСТ 25347-82. Так, как плата изделия крепится четырьмя винтами и его поверхность несопрягаемая.
Так, как нет дорожек, проходящих близко к краю, то определять Q не надо, следовательно, и не требуется коррекция платы.
Выбор показателей обработки платы по ГОСТ23751-79
А) Определение допуска на межцентровые расстояния крепёжных отверстий.
Центры крепёжных отверстий располагаются в узлах координатной сетки. По ГОСТ23751-79 минимальное отклонение расстояний между центрами отверстий не должно быть более ±0,1 мм.
Б) Определение допуска на монтажные и переходные отверстия при сверлении
По ГОСТ23751-79 допуск равен ±0,12 мм для отверстий свыше 0,8 мм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
В) Определение параметра шероховатости обрабатываемой поверхности платы.
По ГОСТ23751-79 шероховатость поверхностей монтажных отверстий и не металлизированных торцов печатной платы должна соответствовать Rz=80 по ГОСТ 2789-73.
2.6.Выбор материала платы
Для изготовления печатных плат химическим методом необходимо иметь листовой материал в виде изоляционного основания с проводящим наружным слоем. В зависимости от назначения печатной платы в качестве изоляционного основания используют в основном гетинакс, стеклотекстолит и фторопласт различной толщины. Фольгу делают из меди, так как она обладает хорошими проводящими свойствами.
Фольгированный гетинакс рекомендуется использовать для аппаратуры, работающей при нормальной влажности окружающего воздуха, например для бытовой аппаратуры, так как он уступает остальным материалам как по физико-механическим, так и по электрическим свойствам. Кроме того, гетинакс не используется при изготовлении ПП третьего класса точности, поэтому при изготовлении нашего упрощенного индикатора напряжения его использовать нельзя.
Пластины фторопласта облицованы с двух сторон красномедной электролитической фольгой. Следовательно, фторопласт нецелесообразно применять для изготовления односторонней печатной платы.
Таблица 10 - Сравнительная таблица параметров марок стеклотекстолита
Наименование
(тип). Марка
(обозначение) Тип исп. ПП Плот-ность,
кг/м3 Толщина
матер. с фольгой,
(мм). Предель-ная рабочая темп.,(0с). Удельное.электрич. сопро-тивле-ние,
(Ом*м). Диэлек-трическ. Проница-емость при частоте 1 МГц. Поверх-ностное электрическое сопро-тивле-ние(Ом).
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ

Фольгированный стеклотекстолит СФ-1-35 ОПП 1600...
…2900 0,8; 1; 1,5; 2,5;3. До +85 не менее не более 5,5 не менее

Стеклотекстолит теплостойкий фольгированный СТФ-1-35 ОПП 1700…
…2500 0,8; 1; 1,5; 2; 2,5; 3. До +180 не менее не более 5,5 не менее
Стеклотекстолит электротехнический листовой СТК ОПП 1600...
…1800 0,5-5,0. До +155 не менее не более 5,5 не менее
Наилучшие показатели стеклотекстолита у марки СФ-1, так как он обладает повышенной нагревостойкостью и может работать при температуре +85С, имеет повышенное удельное сопротивление и прочность сцепления фольги с основанием печатной платы.
Для изготовления односторонней печатной платы выбираю стеклотекстолит фольгированный толщиной 1,5мм марки СФ-1-35-1,5 ГОСТ10316-79.
2.6.1. Расчет массы печатной платы:
Mп.п. = Vп.п. * ρ (10)
где ρ - плотность стеклотекстолита (1,6 * 103 кг/м3)
2.6.2 Определяю объем всех монтажных отверстий по формуле:
Vотв.=πr2* Нп.п. (11)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
Vотв.1 = 3,14*0,49 * 1,5 = 2,3 мм3;
Vотв.2 = 3,14* 0,3025 * 1,5 = 1,42 мм3;
Vотв.3 = 3,14 * 0,2025 * 1,5 = 0,95мм3;
Затем необходимо объем каждого отверстия умножить на количество этих отверстий:
Vотв.1 = 2,3мм3 * 3 =6,9мм3
Vотв.2 = 1,42 мм3 * 8= 11,36 мм3
Vотв.3 = 0,95 мм3 * 55= 52,25 мм3
Vотв. =6,9+11,36+52,25 = 70,51 мм3
2.6.3 Определяю объем заготовки:
Vзаг = Нп.п. * d * l , (12)
где Нп.п. – толщина печатной платы
d- длинна печатной платы
l- ширина печатной платы
Vзаг. = 1,5 * 60 * 60 = 5400 мм3 = 5400* 10-6 м3
2.6.4 Определяю объем печатной платы:
Vп.п. = Vзаг. – Vотх (13).
Vп.п. = 5400 –70,51 = 5329,49* 10-6 м3
2.6.5 Определяю массу печатной платы:
Мп.п. = 5400* 10-6 × 1,6 * 103 = 8,6 гр.
2.6.6 Определяю массу элементов:
Мэрэ = (16*0,15)+(1*4,5)+(2*1,8)+(1*0,3)+(2*0,1)+(1*0,3)+(1*1)=12,3 гр.
2.6.7 Определяю массу печатного узла:
Мп.у. = Мп.п. + Мэрэ (14)
Мп.у. = 8,6 + 12,3 =20,9 гр
2.7 Расчет виброзащищенности ПУ
Цель: Проверить прочность конструкции и сделать вывод о необходимости ее коррекции. Расчет построен на сравнении собственной частоты механических колебаний ПУ и частоты воздействующей вибрации.
1Исходные данные
1.1Размеры ПП 60х60
1.2Способ крепления-4 болтами
1.3Материал ПП-СФ-1-30-1,5
1.4Вздействующая вибрация-70Гц
1.5Масса элементов-12,3гр
1.6Масса ПП-8,6гр
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
2Расчет
2.1 Определение собственной частоты колебаний
£0= 11+mэрэmпп*π(1+∆2)43*λк*Нппlb2*Eρ Гц (15)
где mэрэ,mпп - масса элементов и масса платы
∆ - отношение меньшей стороны к большей
λк - коэффициент, учитывающий способ крепления
Нпп - толщина ПП
Е – модуль упругости материала (Юнга)
ρ - плотность материала
£0= 11+0.01230.0086*3.14(1+12)6.928*1.88*0.00150,0036*32*1091.6*103 =2009 Гц
£0£=200970=28,7>3
2.2 Анализ виброзащищенности
Т.к £0£>3 механический резонанс исключен, следовательно узел при выбранном спо
собе крепления, материале ПП и др. показателях конструкции будет виброзащищен. В коррекции не нуждается.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
3.РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЯ
Надёжность изделия – это свойство изделия сохранять значения установленных параметров функционирования в определённых пределах,соответствующих заданным режимам и условиям использования,технического обслуживания,хранения и транспортирования.Надежность-это комплексное свойство,которое в зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации может включать в себя безотказность,долговечность,ремонтопригодность и сохраняемость,в отдельности или определённое сочетание этих свойств как изделия в целом,так и его частей.Основное понятие, используемое в теории надёжности - это понятие отказа, то есть утрата работоспособности, наступающей либо внезапно,либо постепенно.Работоспособность – это такое состояние изделия,при котором оно соответствует всем требованиям, предъявляемым к его основным параметрам.К числу основных параметров изделия относятся: быстродействие,нагрузочная характеристика, устойчивость,точность выполнения производственных операций и так далее. Вместе с другими показателями (масса, габариты, удобство в обслуживании и др.),они составляют комплекс показателей качества изделия. Показатели качества могут изменяться с течением времени.Изменение их, превышающее допустимые значения, приводит к возникновению отказового состояния (частичного или полного отказа изделия).Показатели надежности нельзя противопоставлять другим показателям качества: без учёта надежности все другие показатели качества изделия теряют свой смысл,точно так же и показатели надежности становятся полноценными показателями качества лишь в сочетании с другими характеристиками изделия. Понятие надежность изделия давно используется в инженерной практике и радиаппаратостроении. Любые технические устройства - машины,инструменты или приспособления -всегда изготавливались в расчёте на некоторый достаточный для практических целей период использования.Существуют оределенные группы показателей надежности это :
Качественные показатели:
Отказ,восстанавливаемость изделия, безотказность, ремонтопригодность, долговечность,сохранность.
Количественные показатели:
интенсивность отказов,вероятность безотказной работы,средняя наработка до отказа,количество запасных элементов,срок службы,технический ресурс,срок гарантии.
Цель расчёта надёжности изделия – определить среднюю наработку до отказа, то есть, через какой промежуток времени прибор выйдет из строя и проверить, сохранится ли надёжность, заданная в техническом задании при выбранной элементной базе.
3.1. Порядок расчета
3.1.1. Составляю расчетную таблицу
. Изм
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
Таблица 11 – Расчетная таблица
Наименование
и тип ЭРЭ Кол. ЭРЭ
Ni шт. Коэффициент электрической нагрузки, Кн Поправочный коэффициент
αi Интенсивность отказов,
λi *10-6 1/ч Ni * αi * λi *10-6 1/ч Кол запасных ЭРЭ, Niзап
Резисторы
С2-10-0,125 5 0,7 0,9 0,5 2.25 0
Конденсатор
КМ-5а 2 0,6 0.65 0,15 0,19 0
Конденсаторы
К50-16 3 0,6 1,8 0,30 1,62 0
Стабилитрон Д814Б 1 0,5 1 0,1 0,1 0
Диоды КД522А 2 0,5 0,5 0,1 0,1 0
Транзисторы КТ608А 1 0,5 0,6 0,45 0,27 0
Микросхема К1401УД2 4 0,5 1 0,22 0,88 0
Пайки 41 - 1 0,01 0,41 0
3.1.2. Определяю общую интенсивность отказов без условий эксплуатации:
λ0 = Σ Ni • αi • λi •10 -6 (1/ч), (16)
где Ni - число электрорадиоэлементов,
αi - поправочный коэффициентИзм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ

λ0 = (2,25+0,19+1,62+0,1+0,1+0,27+0,88+0,41 )= 5,82*10-6 (1/ч)
3.1.3. Определяю коэффициенты, учитывающие условия эксплуатации :
К1 =1,04 -коэффициент, учитывающий влияние вибрации
К2 =1,03 -коэффициент, учитывающий влияние ударов
К3 =2,5 -коэффициент, учитывающий влияние повышенной влажности
К4 =1 -коэффициент, учитывающий влияние пониженного давления на вы соте

К5 =1,14 -коэффициент, учитывающий влияние атмосферного давления
3.1.4. Определяю общую интенсивность отказов с учётом условий эксплуатации
λ = λ0 • К1 • К2 • К3 • К4 • К5 (1/ч), (17)
λ = 5,82•1,04•1,03•2,5•1•1,14•10 -6=17,77•10 -6 (1/ч)
3.1.5. Определяю вероятность безотказной работы устройства для 10, 100, 1000 и 10000 часов
P(t)= e –λ • t1...t4 (18)

P1(t)= e – 0,00001777*10 = 0,99
P2(t)= e -0,00001777*100 = 0,99
P3(t)= e – 0,00001777*1000= 0,98
P4(t)= e – 0,00001777*10000 = 0,83
3.1.6. Строю график P(t) и прогнозирую ожидаемую надёжность


Рисунок 9 - Зависимость вероятности безотказной работы от времени
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
3.1.7. Определяю среднюю наработку до отказа по формуле
T0 = 1/ λ (ч), (19)
T0 = 1 /17?77• 10 -6= 56274(ч)
3.1.8. Определяю количество запасных элементов для запасного имущества прибора (ЗИП) на время 56274 часов по формуле

Ni зап=Ni•αi•λi•10-6•K1•K2•K3•K4•K5•t (20)
N1зап=2,25•10-6 •3,05*14000=0,96~0
N2зап=0,19•10-6 •3,05*14000=0,008~0
N3зап=1,62•10-6 •3,05*14000=0,069~0
N4зап=0,1•10-6 •3,05*14000=0,004~0
N5зап=0,1•10-6 •3,05*14000=0,004~0
N6зап=0,27•10-6 •3,05*14000=0,011~0
N7зап=0,88•10-6 •3,05*14000=0,037~0
N8зап=0,41•10-6 •3,05*14000=0,017~0
3.1.9. Определяю технический ресурс
Ттехн = Т0 (пР +1) (ч), (21)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
где пр - число ремонтов, которое задаётся разработчиком по составу ЗИП
Ттехн = 56274• (0+1) = 56274 (ч)
3.1.10. Определяю срок службы устройст
Тсл = Ттехн /пс • пг (год) (22)
где пс - суточная загрузка устройства
пг - годовая загрузка устройства
Суточную и годовую загрузку я выбираю, исходя из области применения разрабатываемого мною устройства. Оно будет использоваться 10часов в сутки. Годовая загрузка равна 350 суток в год.
Тсл = 56274/(10•350) =16(лет)
3.1.11. Определяю срок гарантии
Тгар = Тсл/5 (год) (23)
Тгар =16/5=3,2 года
3.2. Анализ результатов расчета.
Проанализировав полученные результаты, можно судить о высокой надежности. Об этом свидетельствует прежде всего главный показатель- средняя наработка электрорадиоэлементов до отказа. В нашем случае полученная величина равна 56274часов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
Курсовой проект выполнен в соответствии с техническим заданием. В разработанном узле упрощенного индикатора напряжения обеспечены показатели, которые заданы в техническом задании.
- плата односторонняя с размерами (60×60) мм
- надежность узла не менее 9000 часов
- конструкция выдержит условия эксплуатации группы В3 ГОСТ 16019-01
- масса печатного узла составляет- 20,9 гр
В ходе выполнения курсового проекта были произведены мной расчёты:
Компоновочный расчёт печатного узла;
Расчёт конструктивных элементов печатной платы;
Расчёт надёжности;
Данные расчеты подтвердили работоспособность конструкции. Плата сохранила работоспособность при воздействии на нее внешних воздействующих факторов.
Для разработки печатной платы использовалась современная система проектирования САПР KiCAD. Благодаря этой системе были автоматически разведены все дорожки на печатной плате. Но также пришлось использовать ручной метод для доводки не корректно разведенных дорожек.
Для оформления текстовой части документа я
использовал программу Microsoft Word.
В комплект КД альбома курсового проекта вошли следующие документы:
Ведомость технического проекта ТКРА.467850.001ТП
Пояснительная записка ТКРА.467850.001 ПЗ
Схема электрическая принципиальная ТКРА.467850.001Э3
Перечень элементов ТКРА.467850.001 ПЭ3
Сборочный чертёж ТКРА.467850.001СБ
Спецификация ТКРА.467850.001
Рабочий чертёж печатной платы ТКРА.758714.001
Курсовой проект выполнен в полном объёме в точном соответствии с ТЗ.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ТКРА.467850.001 ПЗ
ЛИТЕРАТУРА
1 Варламов Р.Г., «Краткий справочник конструктора РЭА.», М., «Советское радио»,
1972.
2 Варламова Р.Г., «Справочник конструктора РЭА. Компоненты. Механизмы. Надеж
ность.», М, «Радио и связь», 1985.
3 Мальцев П.П. и др. «Справочник цифровые ИМС»,М., «Радио и связь»,1994 г.
4 Масленников, Соболев, Соколов, «Справочник разработчика и конструктора РЭА.
Элементная база»,М., ТОО Прибор,1994.
5 Фрумкин Г.Д., «Расчёт и конструирование радиоаппаратуры», М., «Высшая
школа», 1989.
6 Журнал «Радио» №2, «Упрощенный индикатор напряжения», Мартемьянов А.,
2004, страница 48.
7 ГОСТ 2.104-68 ЕСКД. Основные надписи
8 ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Основные требования к текстовым документам.
9 ГОСТ 2.101.03.17-79 Платы печатные. Основные размеры.
10 ГОСТ 23.751-86 Платы печатные. Основные параметры конструкции.
11 ГОСТ 23.752-79 Платы печатные. Общие технические условия.
12 ОСТ 4.010.030-81 Установка навесных элементов на печатные платы, часть 1, 2.
13 Классификатор ЕСКД, класс 46.
14 Методическое указание по выполнению практической работы «Расчет надежно-
сти изделия», Волкова Н.Е., НТК, 2004

Приложенные файлы

  • docx 17932122
    Размер файла: 534 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий